一種拉伸/剪切可控復(fù)合流場的偏心圓筒流變裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及聚合物流變學測試技術(shù)，尤其涉及一種拉伸/剪切可控復(fù)合流場的偏心圓筒流變裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚合物加工成型過程中熔體的流動通常伴隨著剪切與拉伸同時存在的復(fù)雜流動，兩種流動形式在流動空間存在不同的強度，對聚合物熔體的分子取向，組分間分散狀態(tài)等微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同的影響，并最終影響聚合物制品的尺寸、形狀、物理特性等宏觀性能。復(fù)雜流動中，流場中的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)顯然受到熔體的拉伸流變特性和剪切流變特性的綜合影響，這種綜合影響規(guī)律目前還缺乏研宄，傳統(tǒng)的流變測量方法，還只是建立在簡單的剪切流動或者拉伸流動基礎(chǔ)上，測得的熔體流變參數(shù)也只是單純的剪切流變或拉伸流變參數(shù)，表征的流變特性也只是簡單流動中的特性，利用這些參數(shù)，既無法準確計算熔體在復(fù)雜流場的流動狀態(tài)，也無法解釋復(fù)雜流場中的各種特殊現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，提供一種拉伸/剪切可控復(fù)合流場的偏心圓筒流變裝置及方法。探索聚合物熔體在復(fù)雜流場中的流變行為規(guī)律，增加流變學實驗研宄手段，從而更好地指導(dǎo)聚合物成型加工過程。
[0004]本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):
[0005]一種拉伸/剪切可控復(fù)合流場的偏心圓筒流變裝置，包括測量裝置1、升降裝置I1、偏心度調(diào)節(jié)裝置III ;
[0006]所述測量裝置I包括外筒6、置于外筒6內(nèi)部的內(nèi)筒4、用于驅(qū)動內(nèi)筒4旋轉(zhuǎn)的電機2、設(shè)置在外筒6外部的對流輻射加熱爐5，內(nèi)筒4連接電機2的轉(zhuǎn)軸；所述外筒6與內(nèi)筒4之間形成間隙，該間隙用于盛裝待測的聚合物；
[0007]所述偏心度調(diào)節(jié)裝置III包括旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，該旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸17通過一根徑向設(shè)置的旋臂19連接電機2的電機本體；當旋轉(zhuǎn)軸17轉(zhuǎn)動時，通過旋臂19使電機2的電機本體整體移動，進而改變內(nèi)筒4的軸線與外筒6的軸線之間相對位置，即內(nèi)筒4與外筒6之間的偏心度；
[0008]升降裝置II設(shè)置在測量裝置I的下放，用于調(diào)節(jié)外筒6的高度。
[0009]所述旋轉(zhuǎn)軸17上設(shè)置有光學編碼器16和扭矩傳感器15 ;所述電機2的轉(zhuǎn)軸上設(shè)有光柵型編碼器I。
[0010]所述升降裝置II包括蝸輪蝸桿減速器10和用于驅(qū)動蝸輪蝸桿減速器10轉(zhuǎn)動的步進電機11，該蝸輪蝸桿減速器10的絲杠副8端部設(shè)有力傳感器7，通過力傳感器7連接在外筒6的底部；在升降裝置II上、力傳感器7的下方設(shè)有激光位置傳感器9。
[0011]所述外筒6的筒壁上設(shè)有壓力及溫度傳感器20。
[0012]所述電機2的軸承采用陶瓷滾針軸承3。
[0013]設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸17兩端的軸承采用陶瓷角接觸球軸承14、18。
[0014]所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)還包括用以驅(qū)動旋轉(zhuǎn)軸17轉(zhuǎn)動的步進電動機12和減速器13。
[0015]所述電機2為無刷直流電機。
[0016]測量裝置I通過具有測量功能的電機驅(qū)動內(nèi)筒旋轉(zhuǎn)，并利用電機測量內(nèi)筒的轉(zhuǎn)矩，安裝在內(nèi)筒(即電機轉(zhuǎn)軸)上的光柵型編碼器同步測量內(nèi)筒的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角，外筒底面安裝的力傳感器可測量外筒的徑向力和轉(zhuǎn)矩，此外，外筒壁面上安裝的若干壓力一溫度傳感器能夠測量內(nèi)外筒間隙內(nèi)聚合物熔體的溫度、壓力分布；升降裝置II通過蝸輪蝸桿減速器和絲桿副組成的傳動機構(gòu)調(diào)節(jié)外筒的升降，以便圓筒的拆卸與清理，激光位移傳感器實時反饋外筒的高度，控制兩筒底面的間距；偏心度調(diào)節(jié)裝置III通過驅(qū)動旋臂轉(zhuǎn)動，從而產(chǎn)生內(nèi)筒軸線相對于外筒軸線的偏心，步進電機和角位移編碼器組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)確保內(nèi)筒以要求的角度偏轉(zhuǎn)。本儀器能夠研宄聚合物熔體在復(fù)雜流場中的特殊流變行為，對聚合物加工工程的技術(shù)發(fā)展具有現(xiàn)實的意義。
[0017]采用上述偏心圓筒流變裝置，測量聚合物熔體拉伸/剪切應(yīng)力的方法如下:
[0018]步驟一:步進電動機12和減速器13帶動旋轉(zhuǎn)軸17轉(zhuǎn)動，并通過旋臂19使電機2的電機本體整體移動，使內(nèi)筒4的軸線與外筒6的軸線之間相對位置，按照設(shè)定的距離偏移后，步進電動機12停止，減速器13自鎖；
[0019]步驟二:升降裝置II通過激光位置傳感器9位置反饋調(diào)節(jié)外筒6底部的高度到測量位置后，步進電機11停止，蝸輪蝸桿減速器10自鎖；
[0020]步驟三:將待測聚合物放進內(nèi)筒4和外筒6之間的間隙內(nèi)，合上對流輻射加熱爐5，加溫到設(shè)定溫度；
[0021 ] 步驟四:控制電機2驅(qū)動內(nèi)筒4在應(yīng)變控制或應(yīng)力控制模式下工作，在應(yīng)變控制模式下，光柵型編碼器I和電機2組成閉環(huán)系統(tǒng)確保內(nèi)筒4按設(shè)定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，同時電機2作為內(nèi)筒4轉(zhuǎn)矩的測量工具，在應(yīng)力控制模式下，電機2控制內(nèi)筒4的轉(zhuǎn)矩不變，而光柵型編碼器I則作為內(nèi)筒2轉(zhuǎn)速的測量工具；
[0022]步驟五:壓力及溫度傳感器20采集內(nèi)筒4和外筒6之間聚合物熔體的溫度、壓力參數(shù)，力傳感器7采集外筒6的轉(zhuǎn)矩以及徑向力與方向；
[0023]步驟六:通過偏心度調(diào)節(jié)裝置III改變內(nèi)筒4和外筒6軸線之間的距離，重復(fù)步驟四和步驟五；
[0024]步驟七:電機2停止，打開對流輻射加熱爐5，啟動升降裝置II，控制外筒6下降到適合的位置，清理完畢，外筒歸位，進行下一種聚合物物料的測量。
[0025]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點及效果:
[0026]旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸17通過一根徑向設(shè)置的旋臂19連接電機2的電機本體；當旋轉(zhuǎn)軸17轉(zhuǎn)動時，通過旋臂19使電機2的電機本體整體移動，進而改變內(nèi)筒4的軸線與外筒6的軸線之間相對位置，通過調(diào)節(jié)內(nèi)筒4與外筒6之間的偏心度，使間隙間內(nèi)的聚合物熔體產(chǎn)生拉伸和剪切兩種流動形式，并且兩種流動的比例可以調(diào)節(jié)，因此適用于對復(fù)雜流場中的流變行為進行研宄。
[0027]如上所述，通過改變內(nèi)外筒軸線的偏心距來改變拉伸、剪切兩種流動形式的強度，實現(xiàn)拉伸/剪切復(fù)雜流場的可控性；能夠在穩(wěn)態(tài)和動態(tài)兩種模式下對聚合物熔體在復(fù)雜流場中聚合物熔體的流變特性進行測量和表征。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖2為沿圖1中A-A剖視圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步具體詳細描述。
[0031]實施例
[0032]如圖1、2所示。本發(fā)明一種拉伸/剪切可控復(fù)合流場的偏心圓筒流變裝置，包括測量裝置1、升降裝置I1、偏心度調(diào)節(jié)裝置III ;
[0033]所述測量裝置I包括外筒6、置于外筒6內(nèi)部的內(nèi)筒4、用于驅(qū)動內(nèi)筒4旋轉(zhuǎn)的電機2 (無刷直流電機)、設(shè)置在外筒6外部的對流輻射加熱爐5，內(nèi)筒4連接電機2的轉(zhuǎn)軸；所述外筒6與內(nèi)筒4之間形成間隙，該間隙用于盛裝待測的聚合物；
[0034]所述偏心度調(diào)節(jié)裝置III包括旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，該旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸17通過一根徑向設(shè)置的旋臂19連接電機2的電機本體；當旋轉(zhuǎn)軸17轉(zhuǎn)動時，通過旋臂19使電機2的電機本體整體移動，進而改變內(nèi)筒4的軸線與外筒6的軸線之間相對位置，即內(nèi)筒4與外筒6之間的偏心度；
[0035]升降裝置II設(shè)置在測量裝置I的下方，用于調(diào)節(jié)外筒6的高度。
[0036]所述旋轉(zhuǎn)軸17上設(shè)置有光學編碼器16和扭矩傳感器15 ;所述電機2的轉(zhuǎn)軸上設(shè)有光柵型編碼器I。
[0037]所述升降裝置II包括蝸輪蝸桿減速器10和用于驅(qū)動蝸輪蝸桿減速器10轉(zhuǎn)動的步進電機11，該蝸輪蝸桿減速器10的絲杠副8端部設(shè)有力傳感器7，通過力傳感器7連接在外筒6的底部；在升降裝置II上、力傳感器7的下方設(shè)有激光位置傳感器9。